¿Es que el electrón de un átomo se puede encontrar en cualquier parte del espacio?

Las imágenes simples que muestran las formas de los orbitales pretenden describir las formas angulares de las regiones del espacio donde es probable que se encuentren los electrones que ocupan el orbital. Sin embargo, los diagramas no pueden mostrar toda la región donde se puede encontrar un electrón, ya que, según la mecánica cuántica, existe una probabilidad distinta de cero de encontrar el electrón en cualquier parte del espacio . En cambio, los diagramas son representaciones aproximadas de superficies límite o de contorno donde la densidad de probabilidad | ψ(r, θ, φ) |2 tiene un valor constante, elegido de modo que exista una cierta probabilidad (por ejemplo, 90%) de encontrar el electrón dentro del contorno. Aunque | ψ |2 como el cuadrado de un valor absoluto es no negativo en todas partes, el signo de la función de onda ψ(r, θ, φ) a menudo se indica en cada subregión de la imagen orbital.
ingrese la descripción de la imagen aquí
[Sección transversal del orbital del átomo de hidrógeno calculado (ψ(r, θ, φ)2) para el orbital 6s (n = 6, ℓ = 0, m = 0).]

Tengo una pregunta aquí, si los electrones se pueden encontrar en cualquier parte del espacio con una probabilidad distinta de cero, ¿podemos dar un límite definido para el átomo? es decir, ¿podemos determinar el radio del átomo?

Mi señor me ha dicho que el radio del átomo es alrededor 10 − 10 m (desde el X -experimentos de rayos), pero como podemos tener una probabilidad distinta de cero de encontrar el electrón incluso más allá 10 − 10 m, ¿cómo podemos decir el radio específico de un átomo?

Esta pregunta es vieja; sin embargo, una lectura de en.wikipedia.org/wiki/Extended_periodic_table sugiere un rango máximo basado en la velocidad de la luz.

Respuestas (1)

Tienes toda la razón en que los átomos no tienen un tamaño preciso. Cuando definimos el tamaño de los átomos, tendemos a usar longitudes de enlace, si los átomos son reactivos, o potenciales interatómicos para átomos que no son reactivos.

Por ejemplo, tome los átomos de argón, que no son reactivos. La fuerza entre dos átomos de argón está bien descrita por la fuerza de dispersión de London , que en el caso del argón se ve así:

Argón

Por lo general, obtenemos un mínimo en la energía (alrededor de 380 pm en este caso), luego una repulsión de núcleo duro, es decir, la energía aumenta abruptamente a medida que empuja los átomos más allá del mínimo. Podemos tomar esto como una medida del tamaño del átomo.

Donde reaccionan los átomos, podemos usar el espacio entre las moléculas como guía. Por ejemplo, la distancia O a O en el O 2 molécula es 121pm dándonos un radio para el átomo de Oxígeno de un poco más de 60pm.

Sin embargo, obtendremos diferentes valores para los radios atómicos dependiendo de cómo lo definamos exactamente. Por ejemplo, el carbono forma enlaces CC simples, dobles y triples, y todos tienen diferentes longitudes, lo que nos da diferentes radios para el átomo de carbono. Esto significa que las cifras de los tamaños de los átomos son una guía más que un valor preciso.

Wikipedia tiene una lista de tamaños atómicos aquí que muestra los diferentes valores de los radios obtenidos usando diferentes medidas.

Gracias por la respuesta señor. Si podemos determinar el radio de un átomo ya sea por la longitud del enlace o el potencial interatómico, ¿no significará que estamos diciendo indirectamente que hay cero probabilidad de encontrar un electrón más allá de ese valor particular de radio? Significa que estamos violando la afirmación de probabilidad distinta de cero de la mecánica cuántica. Si me equivoco en alguna parte, perdónenme.
No, solo estamos diciendo que puede definir un tamaño efectivo para un objeto algo borroso.
Estoy de acuerdo con usted, señor, en que solo estamos definiendo un tamaño efectivo para un átomo. La mecánica cuántica dice que "hay una probabilidad distinta de cero de encontrar electrones en cualquier parte del espacio (quise decir a cualquier distancia de los núcleos)". Los orbitales de los que hablamos describen la región donde hay un 90% de posibilidades de encontrar un electrón, por lo que a medida que nos alejamos cada vez más de los núcleos, el porcentaje debería bajar a 0 (sin posibilidades de encontrar un electrón). Entonces, ¿no es necesario redefinir la afirmación como "hay una probabilidad distinta de cero de encontrar un electrón a una distancia finita de los núcleos"?
@VINAY: No estoy seguro de lo que estás preguntando. Si toma por ejemplo un orbital de hidrógeno 1s, la probabilidad de encontrar el electrón a una distancia entre r y r + d r del núcleo es:
4 r 2 a 0 3 mi − 2 r / a 0 d r
@JohnRennie: Esta pregunta me ha estado molestando. Digamos que el último electrón del elemento entra en la subcapa ad. ¿Cómo definimos el radio de tal átomo?
@ShankRam: los radios de los metales de transición se definen como cualquier otro radio atómico, utilizando los métodos que describo en mi respuesta. ¿Por qué el hecho de que el electrón más externo esté en un d orbital hace alguna diferencia?
@JohnRennie dado que un orbital s es esféricamente simétrico con respecto al núcleo, es posible definir un radio. Pero para el orbital d, ¿cómo se define el radio? ¿Es la distancia máxima a la que ese electrón tiene la energía mínima?
@ShankRam: te han engañado las imágenes de los orbitales. El único electrón existe en una superposición de los 5 d orbitales y el átomo es en general esféricamente simétrico. En cualquier caso, la contribución a la densidad de carga del único electrón más externo es insignificante en comparación con la densidad de carga de todos los orbitales llenos.
¿Es que el electrón de un átomo se puede encontrar en cualquier parte del espacio?
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